ラジコンヘリの高度は何で決まる？

質問

ヘリって地上の近くでは、空気を地上に押し当てて浮いているようにも感じますが、
地上から少し離れれば、地上の影響はなくなりますよね。

本物のヘリは、上空に行くほど、空気が希薄になって、よりパワーが必要になるみたいですね。

ラジコンヘリを部屋で飛ばす場合（屋外ヘリでもいいですが）、床から離れてかなり離れている時に、
そのときの高度は何で決まるのでしょうか？

高度を上げるためには、ローターをより回さなければいけませんが（とりあえず、可変ピッチでない場合）、
これって、空気が希薄になるからなのでしょうか？
なにか違うような気がします。

３ｍの高度と４ｍの高度の差を生じるのに、パワーが必要なのはなぜなのでしょうか？

回答No.3

t_ohta · ベストアンサー

基本的にヘリは空気を地上に押し当てて浮いている訳ではありません。

ローターの上面と下面を通過する空気の速度差によって浮力を発生させて浮いています。
飛行機の翼と原理は同じですが、飛行機は機体を前進させることで翼に空気を当てて浮力を発生させ、ヘリは翼（ローター）を回すことで空気を当てて浮力を発生させています。

ホバリング状態の時は、ローターで発生した浮力と重力によって引っ張られる力のバランスが取れている状態です。
そこから高度を上げるためには浮力を増やして、重力に勝つ必要があります。
ピッチと回転数で発生する浮力が決まりますので、可変ピッチでないヘリで浮力を増やすにはローターの回転数を上げてやります。
高い回転数を維持したままだと高度が上がり続けるので、目的の高さになったら回転数を下げて浮力と重力のバランスを取ることでホバリング状態になります。

お礼

回答ありがとうござました
よく理解できました

回答No.4

funflier

既出内容と重複しますが、数式での説明を加えます。
ヘリコプターの揚力は数式で求められます。飛行機の揚力式に似ています。
（揚力）Ｌ＝１／２・ρ・（Ｖtip＾２／３）・Ｓ・ＣＬavalage
ρ：空気密度
(海面上で重力単位系なら１／８kg・s^2／ｍ＾４、または　ＳＩ単位系では
　1.225kg／m^3　、Ｌの答えは前者ならｋｇで、後者ならＮ　で出ます。）
Ｖtip：ローター先端速度　ｍ／ｓ
（この式の場合は結局　先端速度の　１／√３≒５８％　を代表速度とする）
Ｓ：ローター各ブレードの面積の総和　ｍ＾2
ＣＬaverage : 平均揚力係数　（無次元、ピッチ角度で決まる。）

ヘリコプターの重量がＷであるとき、Ｗ＝Ｌ　であれば「どんな高度でも」
機体は上下に対し止まっています。これは飛行機でも同じです。ここから
上昇、下降するためには　Ｗ＜Ｌ（上昇）または　Ｗ＞Ｌ（下降）である
必要があります。この式から言えることは、空気密度がほとんど同じ状況下
では（ラジコンヘリの置かれる状況はそうなのですが）、ローター面積は変わりま
せんから、ローター回転を増す、またはピッチを増やす、あるいはその両方が
Ｗ＜Ｌ　の状況を作り出す手段です

＞３ｍの高度と４ｍの高度の差を生じるのに、パワーが必要なのは
上式の　揚力Ｌ　を増やして　重量Ｗ　より大きくしなくてはならないからです。
ただ、空気密度が無視出来るくらい変化が無いのであれば、３ｍでも４ｍでも
ホバリング停止に必要なパワーは理論上同じです。逆に言うと、揚力が計算
出来たとしても、高度がそれで決まることはありません。これは、斜めの板に
置かれた物体が摩擦力と重力が釣り合ってその場にとどまっているのと同じ事で、
「その場」に居る理由は「そこに置いたから」に他なりません。

＞地上の近くでは、空気を地上に押し当てて浮いているようにも感じますが、
既に出てますが、ヘリコプターはローター直径以下程度の高度から「浮きやすく」
なります。これが「地面効果」、「ground effect」です。面倒な言い方を
すると、「ローターからの吹き下ろしが地面に当たって、誘導迎え角が減り
有効迎え角が増え、このため揚抗比が上がって必要馬力が減る。」という
現象です。要するに少ないパワーでも同高度を維持できるということで、
ラジコンヘリの場合は何かフワフワと落ち着かない印象になります。
これは飛行機でも起きます。飛行機の場合は地面近くで滑空距離が伸びます。
ヘリコプターの場合は海面からは同じ１０００ｍの高度でも、例えば山の頂上から
数ｍであるのと、本当に地面から１０００ｍ離れているのでは前者のほうが楽に
ホバリング出来るということです。

お礼

回答ありがとうございました。
ラジコンヘリにて、気がつくと一気に天井近くにいたり、
床まで下がってきたりするので、こんなにローター回転が変動するのかなと
疑問に思っていたのですが、高さを維持するのには、新たなパワーは不要なのですね。

回答No.2

gadovoa

>ヘリって地上の近くでは、空気を地上に押し当てて浮いているようにも感じますが、
地上から少し離れれば、地上の影響はなくなりますよね。

その通り。これをヘリではグランドエフェクトと呼びます。
ヘリで急上昇させる場合は、地面をすれすれに水平に飛び、
そこから急上昇すれば、地面に空気を叩きつけられるので、
ものすごい加速度を得られます。

さて問題のラジコンヘリの場合ですが、
3mと4mではホバリングするためのエネルギーは一定です。
ラジコンヘリ（恐らく屋内用ですよね）ではグランドエフェクトを期待できません。
そして3mと4mでは室内の気圧は一定なので、よりパワーを必要とすることはありません。
恐らく上昇する際に多くのエネルギーを要するので、そこで回転速度を上げているからでは
ないでしょうか？

屋内の場合、予測として４m近くに天井があった場合、
ローターより上にある空気は天井が邪魔しているために
空気の流れ（ベクトル）が変わるかもしれませんね。
それで多少のエネルギーに差が生じるかもしれません。
つまりグランドエフェクトの逆です。

お礼

回答ありがとうございました。
上昇時にエネルギーが必要なだけなのですね。

回答No.1

ShowMeHow

論理的には上昇するためには余分なエネルギーが必要だから、回転数を上げなくてはいけないと思う。
ホバリングするだけなら、（地面から有る程度はなれていれば）少々の高度差で回転数を上げなくてはいけないということは無いと思うけど、実際のところはどうなんですか？

お礼

回答ありがとうございました。